TC-GJD01型光機電一體化實訓考核裝置

一、系統概述：

   TC-GJD01型光機電一體化實訓考核裝置由安裝在鋁合金導軌式實訓臺上的輸送站、送料站、加工站、裝配站和分揀站等5個工作站組成，構成一個典型的機電一體化設備的機械平臺；采用RS485串行通訊方式實現分布式的控制或PLC主站及遠程I/O實現系統控制，從而組成自動加工、裝配生產線，真實呈現自動生產線的加工過程。根據機械平臺的工藝過程，TC-GJD01型采用RS485串行通訊方式實現分布式的控制系統。（也可以選為西門子或其它品牌的PLC進行控制）三菱FX2N系列：本方案采用FX2N的N：N通訊網絡。各工作站均插上FX2N-485-BD通訊板，以輸送站PLC（FX2N-32MT）為主站，其余各站為從站構成N：N通訊網絡。

二、技術參數：

1．交流電源：單相三線制，AC 220V±10%  50 Hz；

2．溫度：-10℃~40℃；環境濕度：≤90%（25℃）；

3．實訓桌外形尺寸：長×寬×高=1800mm×880mm×780mm；

4．整機消耗：≤1.5kVA；

5．氣源工作壓力：最小0.4Mbar，最大1Mbar；

6．安全保護措施：具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國家標準；采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。

三、裝置結構：

該光機電一體化考核裝置臺面執行部件由安裝在鋁合金導軌式實訓臺上的輸送站、供料站、加工站、裝配站和分揀站及接線端子盒、控制模塊等單元組成。

1、供料站：

供料站主要由料倉及料槽、頂料氣缸、推料氣缸和物料臺以及相應的傳感器、電磁閥構成。

本站工作過程如下：工件垂直疊放在料倉中，推料缸處于料倉的底層并且其活塞桿可從料倉的底部通過。當活塞桿在退回位置時，它與最下層工件處于同一水平位置，而夾緊氣缸則與次下層工件處于同一水平位置。在需要將工件推出到物料臺上時，首先使夾緊氣缸的活塞桿推出，壓住次下層工件；然后使推料氣缸活塞桿推出，從而把最下層工件推到物料臺上。在推料氣缸返回并從料倉底部抽出后，再使夾緊氣缸返回，松開次下層工件。這樣，料倉中的工件在重力的作用下，就自動向下移動一個工件，為下一次推出工件做好準備。

2、加工站：

加工站主要由物料臺、夾緊機械手、物料臺伸出/縮回氣缸、加工（沖銑）機構以及相應的傳感器、電磁閥等構成。

本站的功能是完成一個對工件的沖壓加工過程，流程如下：

輸送站機械手把工件運送到物料臺上→物料檢測傳感器檢測到工件→機械手指夾緊工件→物料臺回到加工區域沖銑氣缸的下方→沖銑氣缸向下伸出→電機開始沖銑工件→完成沖銑動作后向上縮回→沖銑氣缸縮回到位→物料臺重新伸出→到位后機械手指松開→搬運站機械手伸出并夾緊工件，將其運送往裝配站。

3、裝配站：

裝配站主要有：簡易料倉、供料機構、回轉物料臺、機械手、半成品工件的定位機構、氣動系統及其電磁閥組、用于電器連接的端子排組件、用于其他機構安裝的鋁型材支架及底板、傳感器安裝支架等其它附件。

該單元的基本工作過程是：料倉中的物料在重力作用下自動下落，通過兩直線氣缸的共同作用，分別對底層相鄰兩物料夾緊與松開，完成對連續下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路徑落入位置轉換裝置，擺臺完成180度位置變換后，由前后移動氣缸，上下移動氣缸，氣動手指所組成的機械手夾持并位移，再插入已定位的半成品工件中。

4、分揀站：

分揀站主要有傳送帶、直流減速電機、推料氣缸、物料槽、電磁閥和定位光電傳感器及區分黑藍工件的傳感器構成。

本站的功能是完成從裝配站送來裝配好的工件進行分揀。當搬運站送來工件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測到時，電機開始工作，工件開始送入分揀區，如果進入分揀區工件為藍色，則由檢測藍色物料的傳感器動作，作為2號槽推料氣缸啟動信號，將藍色料推到2號槽里，如果進入分揀區工件為黑色，由檢測黑色的傳感器作為1號槽推料氣缸啟動信號，將黑色料推到1號槽里。

5、搬運站：

搬運站主要有步進電機、步進驅動器、線性導軌、三自由度搬運機械手、電磁閥和原點定位開關構成。

本站的功能是完成向各個工作站輸送工件，系統分為三自由度抓取機械手單元和直線位移位置精確控制單元兩部分，系統上電后，先執行回原點操作，當到達原點位置后，若系統啟動，供料站物料臺檢測傳感器檢測到有工件時，機械手整體先復位到位后手爪伸出到位后手爪夾緊，手爪夾緊到位手爪開始縮會機械手整體提升到位后，步進電機開始工作運行到加工站（按設定好的脈沖量到達加工站）。到達加工站后，手爪伸出到位后機械手整體下降，下降到位后工件已放入加工站物料臺上，然后手爪松開，松開到位后機械手回縮，等加工站加工完成后再將工件送到裝配站和分揀站完成整個自動生產線的加工過程。

6．端子盒：

主要功能：為學員提供安全完備的實驗操作接口，實驗裝置中使用到的各類電氣元件的端口和接線均引至端子盒，以開放式的結構供實訓人員接線調試。

基本機構：金屬接線盒、安全插圈等組成，接入接線盒端的導線均給出對應元件的標簽說明，方便學員接線與查線。

7．控制模塊：

控制部件以模塊的形式放置在采用標準結構和抽屜式模塊放置架上，各模塊由防水盒加工制成，包括機電一體化中典型的控制元件（PLC、驅動器）。

1）PLC模塊：PLC鑲嵌在防水盒內，防水盒表面固定有安全插座。PLC的各端子均連接于安全插座之上；

2）電源模塊：外部輸入AC220V交流電源，內置DC 24V開關電源，面板安裝有保險絲。可分別輸出AC220V、DC 24V電源供裝置中其他電氣元件的電源輸入；

3）步進驅動器模塊：輸送站的步進驅動器安裝于防水盒表面，更方便學員隨時調節步進驅動器的相關參數及細分數。所有接線端都以安全插座的形式固定于防水盒面板之上；

4）按鈕指示燈模塊：包含有4路帶自鎖的紅色按鈕、4路綠色指示燈以及模式選擇開關；

5）回路控制模塊：包含有DC24V安全保險絲、上電按鈕、急停按鈕，同時還配有上電、急停控制回路繼電器并配備繼電器線圈指示燈（DC24V）。

四、特點和實訓項目：

TC-GJD01設備是一套半開放式的設備，用戶在一定程度上可根據自己的需要選擇設備組成單元的數量、類型，最多可由5個單元組成，最少時一個單元即可自成一個獨立的控制系統。由多個單元組成的系統，PLC網絡的控制方案可以體現出自動生產線的控制特點。

設備中的各工作單元均安放在實訓臺上，便于各個機械機構及氣動部件的拆卸和安裝，控制線路的布線、氣動電磁閥及氣管安裝。其中，輸送單元采用了最為靈活的拆裝式模塊結構：組成該單元的按鈕/指示燈模塊、電源模塊、PLC模塊、步進電機驅動器模塊等均放置在抽屜式模塊放置架上；模塊之間、模塊與實訓臺上接線端子排之間的連接方式采用安全導線連接，最大限度地滿足綜合性實訓的要求。

總的來說，TC-GJD01綜合應用了多種技術知識，如氣動控制技術、機械技術（機械傳動、機械連接等）、傳感器應用技術、PLC控制和組網和步進電機位置控制等。利用該系統，可以模擬一個與實際生產情況十分接近的控制過程，使學習者得到一個非常接近于實際的教學設備環境，從而縮短了理論教學與實際應用之間的距離。

1．氣動系統的安裝與調試項目：選用該裝備配置的單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉氣缸等氣動執行元件和單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥和磁性開關等氣動控制元件。

可完成下列氣動技術的工作任務：

1）氣動方向控制回路的安裝；

2）氣動速度控制回路的安裝；

3）擺動控制回路的安裝；

4）氣動順序控制回路的安裝；

5）氣動機械手裝置的安裝；

6）氣動系統安裝與調試。

2．電氣控制電路的安裝和PLC程序編寫項目：選用該裝置配置的PLC模塊、變頻器模塊和步進電機驅動模塊、傳感器等。

可完成下列PLC應用技術工作任務：

1）電動機控制電路的連接與控制程序編寫；

2）電動機調速控制電路的連接與控制程序編寫；

3）步進電機控制電路的連接與控制程序編寫；

4）氣動方向控制程序編寫；

5）氣動順序動作控制程序編寫；

6）氣動機械手控制程序編寫；

7）皮帶輸送機控制程序編寫；

8）機電設備控制程序編寫；

9）自動生產線控制程序編寫。

3．PLC通訊網絡的安裝、程序編制及調試。

4．機電設備安裝與調試項目：選用該裝置配置的機電一體化設備部件、PLC模塊、變頻器模塊和指令開關、傳感器等。

可完成下列機電設備安裝和機電一體化技術的工作任務：

1）傳動裝置同軸度的調整；

2）皮帶輸送機的安裝與調整；

3）搬運機械手設備安裝與調試；

4）物件分揀設備的安裝與調試；

5）送料設備的安裝與調試；

6）自動生產線設備安裝與調試。

5．本裝備用于考核或技能競賽，可考察的職業能力：

1）機械構件的裝配與調整能力；

2）機電設備的安裝與調試能力；

3）電路安裝能力；氣動系統的安裝與調試能力；

4）機電一體化設備的控制程序的編寫能力；

5）自動控制系統的安裝與調試能力；

6）PLC網絡的安裝、編程與調試能力。

該實訓考核裝置主站PLC模塊的I/O 端子、變頻器的接線端子、各常用模塊與PLC的連接端子，均與安全插座連接，使用帶安全插頭的導線進行電路連接；各指令開關、光電開關、傳感器和指示元件的電路，則通過端子排進行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結合，既保證學生基本技能的訓練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。